Bài toán xác định các thông số vận hành hồ chứa trong điều kiện mưa, lũ lớn cực đoan

Vận hành hồ chứa trong điều kiện mưa, lũ lớn cực đoan là bài toán phức tạp vì phải đảm bảo các yêu cầu an toàn hồ chứa, an toàn hạ du và vẫn phải giữ được lượng nước trong hồ cho các mục đích cấp nước, phát điện trong mùa kiệt. Trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay mưa, lũ lớn cực đoan xảy ra thường xuyên hơn trong khi công tác dự báo còn nhiều hạn chế nên cần thiết có một phương pháp xác định các tiêu chí vận hành hồ đơn giản, dễ áp dụng. Trong nghiên cứu này, chúng tôi tiếp cận vấn đề từ bài toán cực đoan tổng quát là hồ chứa đang ở mực nước cao (trong thời kỳ lũ chính vụ hoặc đầu kỳ lũ muộn) thì có lũ lớn đến hồ. Dùng phương pháp giải tích kết hợp mô phỏng dòng chảy lũ bằng mô hình toán và phương pháp thử dần, chúng tôi xác định được các thông số quan trọng là thời điểm bắt đầu xả nước; cường suất xả lũ; lưu lượng xả lũ thời đoạn; mực nước đón lũ; thời điểm kết thúc vận hành Tat và tổng lượng xả. Phương pháp này được áp dụng tính thử cho hồ chứa Suối Hành ở Khánh Hòa và Sông Sào ở Nghệ An cho kết quả tốt. Những thông số này có ý nghĩa quan trọng để vận hành hồ chứa an toàn và hiệu quả

1. ĐẶT VẤN ĐỀ

Trên thế giới, thuật toán tối ưu thường được áp dụng trong nghiên cứu việc vận hành hồ chứa nhưng cho đến nay không có một lời giải chung cho mọi hệ thống mà tùy đặc thù của từng hệ thống mà có các lời giải phù hợp.

Ở Việt Nam, vấn đề nghiên cứu vận hành hồ chứa đã và đang được nghiên cứu với một số thành công nhất định. Các phương pháp nghiên cứu đều hướng tới sử dụng mô hình mô phỏng kết hợp với một số kỹ thuật tối ưu; Thực trạng các quy trình vận hành hồ chứa ở Việt Nam thường xây dựng trên nền tảng của công tác dự báo, trong khi chất lượng dự báo dòng chảy trên sông chỉ đạt 50-65% [4] do nhiều nguyên nhân dự báo mưa còn thiếu chính xác, địa hình lưu vực phức tạp...

Theo kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả thực hiện đề tài: “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả cắt lũ, đảm bảo an toàn đập và vùng hạ du hồ chứa trong điều kiện mưa, lũ lớn cực đoan”, tại Việt Nam: Đối với các hồchứa vừa và lớn, có cửa van khống chế thì việc vận hành thường tuân theo một quy trình nhất định. Tuy nhiên, các quy trình này thường chú trọng đến bảo vệ an toàn công trình mà chưa xem xét nhiều đến an toàn hạ du đặc biệt là các hồ chứa thủy lợi, thủy điện lớn. Khi xảy ra các trận mưa, lớn cực đoan, lũ có thể do mưa lớn hoặc do vận hành xả bất ngờ hay sự cố công trình.v.v… khả năng ngập lụt hạ du, mất an toàn hồ càng trở nên nghiêm trọng.

Đối với các hồ chứa nhỏ: Hầu hết các hồ chứa nhỏ đều chưa có quy trình vận hành, không có phương án phòng chống lũ cho hạ du. Ngay cả những hồ chứa có tràn điều tiết bằng cửa van cũng chưa xây dựng (hoặc xây dựng chưa hoàn chỉnh) quy trình vận hành hồ chứa. Nếu có thì chỉ là các quy trình do chủ hồ tự lập để vận hành nhưng chưa được cơ quan có thẩm quyền phê duyệt. Đến nay chỉ có khoảng 5% hồ chứa nhỏ có quy trình vận hành hoặc đang được xây dựng, đồng nghĩa với hiện trạng khoảng 3900 hồ trên khắp cả nước không có quy trình vận hành. Hoạt động vận hành hồ chứa đơn giản là đóng mở cửa van cống và để nước tự chảy qua cống điều tiết.

Quy trình vận hành ở các hồ lớn đã được phê duyệt, còn tồn tại một số bất cập, đặc biệt là việc sử dụng dung tích phòng lũ trong quá trình điều tiết để chủ động đón lũ và giảm thiểu ngập lụt hạ du;

Trong vận hành điều tiết lũ, thường quan tâm đến các vấn đề về thời gian xả lũ, tổng lượng xả lũ và lưu lượng xả lũ ứng với từng thời đoạn mà chưa chú trọng đến thời điểm xả lũ, mực nước đón lũ, thời điểm mực nước trở về an toàn;

Trong điều kiện biến đổi khí hậu hiện nay làm phát sinh nhiều hiện tượng mưa, lũ lớn cực đoan [1], để có thể xây dựng một quy trình vận hành hợp lý, nhóm tác giả thực hiện đề tài: “Nghiên cứu giải pháp nâng cao hiệu quả cắt lũ, đảm bảo an toàn đập và vùng hạ du hồ chứa trong điều kiện mưa, lũ lớn cực đoan” đã đề xuất phương pháp xác định được bộ thông số bao gồm: thời điểm bắt đầu xả nước; cường suất xả lũ; lưu lượng xả lũ thời đoạn; mực nước đón lũ; thời điểm kết thúc vận hành Tat và tổng lượng xả Wx nhằm giải quyết bài toán vận hành công trình, đảm bảo an toàn đập và hạ du.

Dưới đây, sẽ trình bày bài toán tổng quát và kết quả tính toán cho một trường hợp cụ thể cùng các phân tích, thảo luận về các vấn đề có liên quan.

2. PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN

3. KẾT QUẢ CHO MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP CỤ THỂ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Giới thiệu về hồ suối Hành và hồ Sông Sào

3.2. Kết quả tính toán

3.3. Một số vấn đề thảo luận

4. KẾT LUẬN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Báo cáo SREX Việt Nam - Báo cáo đặc biệt của Việt Nam về Quản lý rủi ro thiên tai và hiện tượng cực đoan nhằm thúc đẩy thích ứng với biến đổi khí hậu. NXB Tài Nguyên - Môi trường và Bản đồ Việt Nam, Hà Nội, Việt Nam 2015.

[2]. Lê Văn Nghị, Đặng Thị Hồng Huệ, Hoàng Đức Vinh (2012). "Mô hình đánh giá ngập lụt hạ du hệ thống hồ Cửa Đạt của Thanh Hóa, kiến nghị giải pháp giảm thiểu thiệt hại trong trường hợp hệ thống hồ có sự cố".

[3]. Lê Văn Nghị, Nguyễn Ngọc Nam, Bùi Thị Ngân (2015). "Lập Phương án chống lũ lụt cho hạ lưu suối Hành tỉnh Khánh Hòa".

[4]. Hoàng Thanh Tùng (2011). “Nghiên cứu dự báo mưa, lũ trung hạn cho vận hành hệ thống hồ chứa phòng lũ - ứng dụng cho lưu vực sông Cả”. Luận án tiến sĩ kỹ thuật, Hà Nội năm 2011.

Xem bài báo tại đây: Bài toán xác định các thông số vận hành hồ chứa trong điều kiện mưa, lũ lớn cực đoan